无线电通信系统中根据接收信号特性的可变分集发射.pdf

提供一种方法和设备，它测量所接收的无线电通信信号以确定是否或在何种程度上利用发射分集和波束成形。在一个实施例中，本发明包括：在多个天线上接收来自远程终端的无线电信号；比较在多个天线上接收的接收信号的特性；根据比较确定发送到远程终端的无线电信号的接收是否可能通过分集发射得到改善；以及如果接收可能得到改善，则利用分集向远程终端发送无线电信号。

1.  一种方法，包括：
在多个天线上接收来自远程终端的无线电信号；
比较在所述多个天线上接收的所述接收信号的特性；
根据所述比较来确定发送到所述远程终端的无线电信号的接收是否可能通过分集发射得到改善；以及
如果所述接收可能得到改善，则利用分集向所述远程终端发送无线电信号。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，比较特性包括确定所述接收信号的空间特征。

3.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，比较特性包括确定所述接收信号的相对相位和幅度。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定包括估算所述接收信号的散射量。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定包括估算多径干扰的等级。

6.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送包括从两个不同的间隔一定距离的天线发送无线电信号。

7.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送包括在两个不同时间发送无线电信号，所述时间至少间隔了所述无线电信号的调制波形的带宽的倒数的四分之一的持续时间。

8.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送包括从所述多个天线发送具有两个不同相位和幅度特征的无线电信号。

9.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送包括从所述多个天线发送具有不同的两组波束成形权值的无线电信号。

10.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送包括根据所述确定来设置第一信号和至少一个延迟分集信号副本的发送权值，使得所述延迟分集信号副本在所述接收可能得到改善时接收较大的权值，以及在所述接收不可能得到改善时接收较小的权值。

11.  如权利要求10所述的方法，其特征在于，发送还包括利用所述第一信号和所述至少一个延迟分集信号副本的空间特征进行发送。

12.  一种方法，包括：
接收来自远程终端的无线电信号；
测量所述接收信号的特性；以及
利用所述测量的特性来选择要应用于发送信号的波束成形的量和发射分集的量。

13.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，选择包括通过比较在多个天线上接收的所述接收信号的相对相位和幅度，估算所述接收信号的空间特征。

14.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，选择包括估算所述接收信号的散射量。

15.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，选择包括确定多径干扰等级。

16.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，选择包括测量所述接收信号的信号质量。

17.  如权利要求16所述的方法，其特征在于，选择还包括测量在多个天线上接收的所述接收信号的信号质量，以及相互比较所述测量的信号质量。

18.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，测量还包括测量在多个天线上的所述接收信号幅度，以及选择包括相互比较所述测量的幅度。

19.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，选择发射分集的量包括把加权系数应用于第一发送信号以及所述第一发送信号的延迟副本，所述发射分集的量在所述权值的大小更均等时较大。

20.  如权利要求19所述的方法，其特征在于，从与发送所述第一发送信号的所述天线间隔一定距离的天线发送所述延迟副本。

21.  如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述延迟副本至少延迟了所述无线电信号的调制波形的带宽的倒数的四分之一的持续时间。

22.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，选择包括选择波束成形或发射分集其中之一以应用于所述发送信号。

23.  一种已经在其中存储了表示指令的数据的机器可读媒体，所述指令由机器执行时，使所述机器执行以下操作：
在多个天线上接收来自远程终端的无线电信号；
比较在所述多个天线上接收的所述接收信号的特性；
根据所述比较来确定发送到所述远程终端的无线电信号的接收是否可能通过分集发射得到改善；以及
如果所述接收可能得到改善，则利用分集向所述远程终端发送无线电信号。

24.  如权利要求23所述的媒体，其特征在于，用于比较特性的所述指令包括当由所述机器执行时、使所述机器执行包括确定所述接收信号的相对相位和幅度的其它操作的指令。

25.  如权利要求23所述的媒体，其特征在于，用于发送的所述指令包括在由所述机器执行时、使所述机器执行包括在两个不同时间发送无线电信号的其它操作的指令，所述时间至少间隔了所述无线电信号的调制波形的带宽的倒数的四分之一的持续时间。

26.  如权利要求23所述的媒体，其特征在于，用于发送的所述指令包括当由所述机器执行时、使所述机器执行包括从所述多个天线以不同的两组波束成形权值发送无线电信号的其它操作的指令。

27.  一种已经在其中存储了表示指令的数据的机器可读媒体，所述指令在由机器执行时，使所述机器执行以下操作：
接收来自远程终端的无线电信号；
测量所述接收信号的特性；以及
利用所述测量的特性来选择被应用于发送信号的波束成形的量和发射分集的量。

28.  如权利要求27所述的媒体，其特征在于，用于选择的所述指令包括当由所述机器执行时、使所述机器执行

31.  如权利要求30所述的设备，其特征在于，比较特性包括确定所述接收信号的空间特征。

32.  如权利要求30所述的设备，其特征在于还包括从其中通过分集发送无线电信号的两个不同的间隔一定距离的天线。

33.  如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述分集发射包括第一信号以及所述第一信号的至少一个延迟副本。

34.  一种设备，包括：
接收阵列，从远程终端接收无线电信号；
处理器，测量所述接收信号的特性，以及利用所述测量的特性来选择要应用于发送信号的波束成形的量和发射分集的量。

35.  如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述处理器通过把加权系数应用于第一发送信号以及所述第一发送信号的延迟副本来选择发射分集的量，所述发射分集的量在所述权值的大小更为均等时较大。

36.  如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述处理器通过选择要应用于所述发送信号的波束成形或发射分集之一来选择一个量。

37.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收无线电信号符合TDMA、GSM、DAMPS、CDMA、FDMA和TDD其中至少一个的标准。

38.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述接收无线电信号符合TDMA、GSM、DAMPS、CDMA、FDMA和TDD其中至少一个的标准。

39.  如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述设备包括在TDMA、GSM、DAMPS、CDMA、FDMA和TDD无线电通信系统其中至少一个之中。

40.  如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述设备包括在TDMA、GSM、DAMPS、CDMA、FDMA和TDD无线电通信系统其中至少一个之中。

无线电通信系统中根据接收信号特性的可变分集发射
发明领域
一般来讲，本发明涉及数字无线电信号通信领域。更具体来讲，本发明涉及测量接收信号以确定是否利用分集进行发射。
相关技术说明
无线电通信对发送和接收无线电信号的环境敏感。当环境不利于所发送信号的类型时，通信可能会丢失或降级。一种特定的环境问题有时称作杂乱回波或散射。这种问题可能导致多径干扰或完全阻止对发送信号的接收。减轻杂乱回波或散射的影响的一种已知方法是通过接收或发射分集。空间接收分集通常采用两个彼此相隔近距离的接收天线。接收机或者选择接收最强信号的天线，或者利用均衡器合并来自两个天线的信号。本领域中有许多众所周知的不同均衡器设计。时间接收分集利用单一天线，并搜索在时间上延迟的信号的多径副本。然后，均衡器合并两个或两个以上相同信号以求解原始的单一信号。要求数字蜂窝电话具有时间分集接收均衡器，这些均衡器随系统而定能够求解具有延迟扩展的一到四个码元的信号。
发射分集以极类似于接收分集的相反方式工作。信号可从彼此隔开的天线发送，或者在两个不同时间从同一天线发送。在某些情况下，发射分集方案可极大地增强接收。但是，它们增加了发射机的复杂度，而且在具有两个以上终端的通信系统中，附加发射增加了其它终端的干扰和噪声量。另外，对于某些环境条件，分集发射可能降低接收信号的质量。
发明概述
提供一种方法和设备，它测量所接收的无线电通信信号以确定是否或在什么程度上利用发射分集和波束成形。在一个实施例中，本发明包括：在多个天线上接收来自远程终端的无线电信号；比较在多个天线上接收的接收信号的特性；根据比较确定发送到远程终端的无线电信号的接收是否可能通过分集发射得到改善；以及如果接收可能得到改善，则利用分集向远程终端发送无线电信号。
从附图及其详细说明中，将会清楚本发明的其它特征。
附图中若干视图的简介
在附图的各图中通过举例而非限定的方式说明本发明，附图中类似的参考标号表示类似的元件，其中：
图1是可在其中实现本发明的一个实施例的基站的简化框图；
图2是可在其中实现本发明的一个实施例的远程终端的框图；以及
图3是说明本发明的一个实施例的流程图。
本发明的详细描述
介绍
在一个实施例中，本发明是在SDMA(空分多址)无线电数据通信系统中实现的。在这种空分系统中，各终端与涉及例如基站和用户终端之间无线电通信信道的一组空间参数相关。空间参数包括各终端的空间特征。利用空间特征和阵列天线，来自基站的RF能量能够被更准确地引向单个用户终端，减少了对其它用户终端的干扰以及降低了其它用户终端的噪声门限。相反，同时从几个不同的用户终端接收的数据可在较低的接收能级上解出。通过用户终端上的空分天线，通信所需的RF能量甚至可以更少。对于空间上彼此分离的用户，好处甚至更大。空间特征可包括例如发射机的空间位置、到达方向(DOA)、到达时间(TOA)以及与基站的距离等等。
对诸如信号功率电平、DOA以及TOA之类的参数的估算可利用已知的训练序列来确定，这些训练序列设置在数字数据流中，用于结合传感器(天线)阵列信息的信道均衡。这个信息然后用来计算空间分用器、复用器和合成器的适当权值。本领域众所周知的延长卡尔曼滤波器或其它类型的线性滤波器可用于在确定空间参数时利用训练序列的属性。例如，在1998年10月27日授予Ottersten等人的美国专利No.5828658以及1997年6月24日授予Roy III等人的美国专利No.5642353中描述了关于空分和SDMA系统的使用的其它详情。
尽管空分通信系统有极大益处，但是在具有高杂乱回波或散射的环境下，延迟后的多径信号可能干扰空间定向波束的波束成形方面。因此，准确定向信号在全向波束的情况下可能不会被清晰地接收。但是，这类高杂乱回波条件通常极适合于分集发射。另外，具有多个发射链路和多个天线的空分硬件能够方便地修改为提供发射分集。在空分模式中，发射链路设计成各发送通信信号的一个副本，其中各信号具有不同的幅度和不同的相位或延迟。这是空间特征通常被应用于波束成形的方式。通过改变这组发送权值，空分天线可用作发射分集天线。各种不同的分集发射方案都是可行地，如以下所述。
空分系统还极适合于确定何时需要发射或延迟分集。在一种典型的空分系统中，测量来自各接收链路的信号，并确定各接收链路的相对相位和幅度。这种确定的结果被用来确定从其接收信号的终端的空间特征。但是，所测量的相位或幅度或者这两者也可直接用来确定无线电环境的性质。当测量结果表明应该使用分集发射时，则可相应地转换到该发射模式。还可应用其它测试以便结合或者独立于相位和幅度来进行这种确定。
基站结构
本发明涉及无线通信系统，可以是固定接入或移动接入无线网络。本发明可利用空分多址(SDMA)技术来更容易地实现，但是并不要求SDMA系统。该系统可以是任何类型的多址系统，诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)。多址可与频分双工(FDD)或时分双工(TDD)相结合。图1说明适合于实现本发明的无线通信系统或网络的基站的一个实例。该系统或网络包括多个用户台、又称作远程终端或用户终端，如图2所示。基站可通过它的主DSP 231连接到广域网(WAN)或移动电话交换局(MTSO)，用于提供任何所需数据业务以及直接无线系统外部的连接。为了支持空分，采用多个天线103，例如四个天线，但也可选择其它数量的天线。
天线的输出连接到双工器开关107，该开关在此TDD系统中为定时开关。开关107的两种可能实现是作为频分双工(FDD)系统中的频率双工器以及作为时分双工(TDD)系统中的定时开关。在接收时，天线输出经由开关107连接到接收机205，并以模拟形式由RF接收机(“RX”)模块205进行向下混频，从载频变成FM中频(“IF”)。然后，此信号由模数转换器(“ADC”)209进行数字化(抽样)。仅对信号的实部抽样。以数字形式执行到基带的最后下变频。数字滤波器可用来实现下变频和数字滤波，后者采用有限脉冲响应(FIR)滤波技术。如框213所示。本发明可修改为适应大范围的RF和IF载频以及频带。
在本例中，有四个来自各天线的数字滤波器装置213的下变频输出，每个接收时隙对应一个。时隙的具体数量可以改变以适合网络需求。虽然本例对各TDD帧采用四个上行和四个下行时隙，但在各帧中包含三个上行和下行时隙，也实现了预期结果。根据本发明的一个方面，对于四个接收时隙中的每一个，来自四个天线的四个下变频输出被馈送到数字信号处理器(DSP)装置217(以下称作“时隙处理器”)，以便进一步处理，包括校准。四个Motorola 56300系列DSP可用作时隙处理器，各接收时隙一个。时隙处理器217监测接收信号功率，以及估算频率偏移和时间对准。它们还确定各天线单元的智能天线权值。这些被用于空分多址方案以确定来自特定远程用户的信号以及对所确定信号进行解调。
时隙处理器217的输出是用于四个接收时隙中每一个的解调突发数据。此数据被发送到主DSP 231，主DSP 231的主要功能是控制系统的所有元件以及与高层处理接口，该高层处理要用于处理需要什么信号用于系统的通信协议中所定义的所有不同控制和业务通信信道中的通信。主DSP 231可以是Motorola 56300系列DSP。另外，时隙处理器向主DSP 231发送各用户终端的已确定接收权值。
主DSP 231维护状态和定时信息，接收来自时隙处理器217的上行突发数据，以及对时隙处理器217编程。另外，它还解密、解扰、校验纠错码以及解构上行信号的突发，然后对要发送以在基站其它部分中进行高层处理的上行信号格式化。对于基站的其它部分，它将业务数据和流量数据格式化以便在基站中进一步高层处理，接收来自基站其它部分的下行消息和流量数据，处理下行突发，以及将下行突发格式化并发送到标为237的发送控制器/调制器。主DSP还管理对包括发送控制器/调制器237以及标为233的RF/定时控制器在内的基站的其它组件的编程。
RF/定时控制器233与如框245所示的RF发送系统接口，并且还产生由RF系统和调制解调器使用的多个定时信号。RF/定时控制器233读取并发送功率监测和控制值，控制双工器107以及从主DSP231接收用于各突发的定时参数和其它设置。
发送控制器/调制器237接收来自主DSP 231的发送数据，每次四个码元。发送控制器采用此数据产生模拟IF输出，这些输出被发送到RF发射机(TX)模块245。具体来讲，从主DSP 231接收的发送数据被转换成复合调制信号，上变频为IF频率，4次过抽样，与从主DSP 231获得的发送权值相乘、以及经由属于发送控制器/调制器237的组成部分的数模转换器(“DAC”)转换成模拟发送波形。模拟波形被发送到发送模块245。
发送模块245把信号上变频到发射频率并放大信号。经放大的发射信号输出经由双工器/定时开关107发送到天线103。
作为示例来说明基站硬件的设计，可利用大量不同的硬件系统来实现本发明，以及还可利用通用硬件来实现本发明。虽然所述硬件系统被认为是极适合于本发明的，但它不是必要的。
用户终端结构
图2描绘了与图1的基站进行通信、提供数据或语音通信的远程终端中的示例组件配置。远程终端的天线45连接到双工器46，从而允许天线45既用于发送，又用于接收。天线可以是全向或定向的。为了最佳性能，天线可由多个单元组成，并把上述空间处理用于基站。在一个备选实施例中，采用分离的接收和发送天线，从而消除对双工器46的需要。在采用时分分集的另一个备选实施例中，发射/接收(TR)开关可用来取代双工器，如本领域众所周知的那样。双工器输出47用作接收机48的输入。接收机48产生作为解调器51的输入的下变频信号49。已解调的接收声音或语音信号67被输入到扬声器66。在数据系统中，解调信号由CPU进行处理或者被发送到其它组件(未示出)。
远程终端具有对应的发送链路，其中要发送的数据或语音在调制器57中被调制。由调制器57输出的要发送的调制信号59由发射机60进行上变频和放大，产生发射机输出信号61。发射机输出61然后被输入到双工器46，由天线45进行发送。
把已解调的接收数据52提供给远程终端中央处理器68(CPU)，如同解调之前的接收数据50一样。远程终端CPU 68可采用标准DSP(数字信号处理器)装置、如Motorola 56300系列DSP来实现。此DSP还可执行解调器51和调制器57的功能。远程终端CPU 68通过线路63控制接收机，通过线路62控制发射机，通过线路52控制解调器，以及通过线路58控制调制器。它还通过线路54与键盘53进行通信，以及通过线路55与显示器56进行通信。麦克风64和扬声器66分别通过线路65和67连接到调制器57和解调器51，用于语音通信远程终端。在另一个实施例中，麦克风和扬声器还与CPU直接通信，从而提供语音或数据通信。
远程终端要从麦克风64发送的语音信号65被输入调制器57。要发送的流量和控制数据58由远程终端的CPU 68提供。控制数据58在登记、会话发起和终止期间以及在本领域众所周知的会话期间被发送到基站。
在一个备选实施例中，扬声器66和麦克风64由本领域众所周知的数字接口来代替或扩充，这允许数据被发送到外部数据处理装置(例如计算机)或者从其中发出。在一个实施例中，远程终端的CPU耦合到标准数字接口、例如到外部计算机的PCMCIA接口，以及显示器、键盘、麦克风和扬声器是外部计算机的组成部分。远程终端的CPU 68通过数字接口和外部计算机的控制器与这些组件进行通信。对于仅数据通信，可删除麦克风和扬声器。对于仅语音通信，可删除键盘和显示器。
在许多系统中，要求用户终端结合即使当接收信号包含预计来自基站的标称信号的延迟副本(回波)时也对该信号解调的功能。例如，大多数蜂窝电话标准包括这种要求。根据这类标准，要求均衡器对包含间隔一到十个码元的一个或多个回波的信号进行解调。具体要求依据所涉及的标准改变。一般以特定标准的码元表示的延迟通常的范围是从等于1/B的时间的四分之一到两倍，其中B为业务信道的带宽。这种功能一般由CPU 68或解调器51中的自适应信道均衡滤波器提供。可采用格栅解码器、如维特比解码器，如本领域众所周知的那样。
即使采用延迟均衡器，与无回波信号中集中的同样能量相比，解调器的性能受到信号回波的损害。均衡器限制但并没有消除这种损害。与没有回波的同样信号相比，解调器对两个相等强度的延迟分量的信号的灵敏度会减少2dB。因此，在表现类似于视距信道的干净无线电信道中，采用延迟分集的发送可能严重损害用户终端的接收。另一方面，当接收的空间特征表明信道与视距信道差异很大时，均衡器可用来提高单个信号的健壮性和性能。均衡器可用来克服衰落、多径和其它问题。当用户终端远离视距时，基站能够以大致相等的强度发送信号的无延迟和延迟副本。这种相同的远离视距条件也是波束成形最低有效的条件之一。因此，虽然通过延迟副本进行发送会干扰波束成形，但由于波束成形相对不起作用，因此对波束成形的影响极少。对于视距信道，可充分利用波束成形的益处，同时可抵制延迟副本。
过程流程
如上所述，延迟分集技术为最低有效的条件是以相等强度接收信号的延迟和无延迟副本时。这通常对应于信号从基站直接传播到远程终端而没有明显反射或散射的物理环境。这种物理环境是空分技术通常最佳工作的物理环境类型。自适应阵列、智能天线或空分基站可通过在接收阵列上检验远程终端的空间特征来确定远程终端是否处于这种视距环境中。也就是说，在各基站天线上从远程终端接收信号所用的相对幅度和相位的集合可表明是否存在明显数量的散射。在确定了信号从远程终端相对无散射地到达的情况下，延迟分集可关闭。同时，空分的波束成形可被启动。在检测到散射的情况下，延迟分集可被启动。根据同样的表示，波束成形可被关闭，但是，组合波束成形与延迟分集也能提供优势。
同样，基站可在其延迟分集方案中控制延迟信号副本的相对强度，以便在远程终端上提供最佳性能。基站也可主动改变不同延迟的发送信号的相对强度。
参照图3，在与远程终端的无线电信号通信交换过程中，基站将从远程终端接收无线电信号(311)。如上所述，在各天线上对这些信号进行抽样(313)。可根据样本以及这些测量结果，利用本领域众所周知的步骤，测量接收信号的相位和幅度(315)，可对接收信号确定空间特征(317)。这个过程与空分系统中为了对远程终端传输进行接收、解调和解码而执行的过程相同。因此，在空分系统中，本发明可利用已经由基站执行的分析来确定是否应用波束成形或延迟分集。这种协合作用提高了作出确定的效率和速度。确定空间特征之后，可分析远程终端的空间特征以确定散射的范围。
作为替代或补充测试，系统可比较在各天线上接收的幅度。这可利用来自空间特征的数据来进行，或者根据在各天线上的接收信号的测量幅度来单独计算。各天线上比较一致的幅度表明具有最小衰落的干净视距信号。幅度的大差别表明明显数量的散射和多径干扰。
另一个补充或替代测试是测量接收信号的误码率(BER)(323)。误码率可以从常规通信流量中的接收信号的解码过程中获取。通信信号通常与用来产生表示BER的值的某种纠错码或检错码一起发送。为了进一步的准确度，各天线上的误码率可作为散射或多径干扰的量度进行比较。各天线上的一致的误码率表明干净信号路径。离散的误码率表明明显的散射。
执行这些测试的一个或多个之后，基站可确定远程终端接收是否可能通过分集发射来改善(327)。如果接收可能被改善，则可选择分集发射模式(329)。在该情况下，无线电信号将利用发射分集模式来发送(331)。这可通过完全开关模式来进行，或者如以下所述，它可通过把权值应用于将增加发射分集量的延迟信号副本或同时信号副本来进行。或者，如果分集发射不会改善远程终端上的接收，则可选择空分模式(329)，以及可根据空间特征利用波束成形来发送无线电信号(331)。也可通过应用逐渐把RF(射频)能量集中在特定方向的权值来改变波束成形。本领域的技术人员会理解，这些判定的门限可以设置成具有一定滞后。门限通常也可设置为优选波束成形，因为空分系统降低了对其它远程终端的干扰。
在一个实施例中，基站具有波束成形模式和分集发射模式，而且根据这些测量结果来确定要采用哪种模式。基站将采用这些模式中的一种或另一种，作为彼此的替代。在另一个实施例中，基站不采用波束成形的空间分集，而是全向地或者以传统方式按扇区发射。分集发射模式则可用作对传统全向或扇区发射的补充。作为一个备选实施例，本发明可应用于不支持延迟分集或分集发射模式的系统。在这种情况下，测试可用来确定RF信道是否支持波束成形。如果可通过降低波束成形的量来改善接收，则空分可被关闭，并可采用全向或广泛信号。或者，在具有足够低的多径干扰等级的环境中，波束成形可被启动，从而支持空分。
本发明的分集发射可通过各种不同方式来实现。如上所述，利用空分多天线发送链路，发送信号可以首先通过一个发射天线链路被发送，然后再通过另一个发射天线链路被发送。这个过程可以重复进行，直到已经通过全部发射天线链路发送了信号。在图1的实例中，这将产生四次独立的数据传输，每次通过四个发射天线其中一个。作为备选方案，所有四个天线可同时用来发送在时间上延迟的信号的副本。施加到信号上的时间延迟量可经过选择，从而最佳地利用远程终端的发射机的功能。在GSM(全球移动系统)系统中，第二信号将比第一信号滞后三到四个码元被发送。通过DAMPS(数字高级移动电话业务)，延迟信号将在原始信号之后大约一个码元的时间被发送。一般来讲，延迟将选择为足够大，以便解除两个独立波形的相关，同时又足够接近，以使两个波形能够在接收机中组合。天线和延迟分集也可结合成分集发射模式，如本领域众所周知的那样。
在SDMA系统中，利用空分天线系统，进一步的分集选择是可行的，信号的两种形式可同时被发送，或者可利用不同的空分特征、以某个时间延迟被发送。换句话说，天线系统的波束成形能力可用来把发射波形的能量引向不同方向。这种方法减少了由天线系统发射的能量的总量，并且使信号能够沿不同传播路径发送。如同其它分集方案一样，这个信号可以两个或两个以上副本的形式来发送。这种空分分集发射方案相当于从分集天线发送具有两种不同相位和幅度特征的信号。
在另一个实施例中，在波束成形和延迟分集之间的模式切换不必是以一种模式或另一种模式但不是同时以两种模式工作的硬切换。相反，加权系数可以被连续调节，以便根据接收信号的特性来优化发送信号。
例如，从N个天线的阵列发送的信号的基带表示可以表达为S(t)＝S₁(t)+S₂(t)+S₃(t)+...+S_N(t)。在N个天线的阵列中来自天线“n”(其中n的范围是从1到N)的信号可表达为：
S_n(t)＝a_n s(t)+b_n s(t-T)+c_n s(t-2T)+...
其中a_n、b_n、c_n...为信号的各延迟形式的加权系数。项a、b、c...的数量取决于特定应用。已经发现，两项对于典型的城市蜂窝无线电数据电话系统是足够的。这些系数被表示为复数，其中实部为大小(或幅度)，虚部为相位，其中T为信号的延迟副本之间的时间间隔，并且可以至少与(1/4)(1/B)同样大，其中B为信息承载信号S(t)的调制波形的带宽。
利用在该阵列的N个天线中的一个或多个天线上从用户终端接收的信号的特性，可以连续调节系数a_n、b_n、...的大小和相位，以便向预期用户终端传递最大功率以及向共用该系统的其它全部用户终端传递最小功率。有几种备选方式来选择这些系数。几种可能性如下所述：
如果在一个天线上从用户终端接收的信号的幅度或相位以不符合从移动终端发送的信号的固有特性的方式随时间而改变，则b_n、c_n、...的相对幅度较大。这具有启动延迟分集的作用。随着不一致性增大，其它延迟副本的系数(c_n、d_n、...)可能还更大。
如果在接收天线上从用户终端接收的信号的相对幅度或相对相位或者这两者表明从用户终端到达的信号的角度分布广，则b_n的相对幅度可以较大。可通过比较在各接收天线上接收的信号的幅度和相位来进行这种相对测量。相反，如果在接收天线上从用户终端接收的信号的相对幅度或相对相位表明从用户终端到达的信号的角度分布在窄范围，则b_n的相对幅度可以较小。
如果在天线之一接收的信号包含从用户终端发送的信号的延迟副本，则b_n的相对幅度可以较小。这减少了延迟分集，并使信号能够以强空间特征被发送。实际上，如果用户终端未通过延迟分集进行发射，但接收了带有延迟副本的信号，则延迟副本是通过发射机与接收机之间的路径来创建的。在用户终端接收时，相反的相同路径可能产生从基站发送的单个信号的延迟副本。发射机所引入的任何延迟分集都是冗余的。另外，如果延迟分集被频繁应用，则可能存在信号的太多延迟副本，使用户终端不容易分解。在一个实施例中，考虑延迟副本，其中延迟超过(1/4)(1/B)、即无线电信号的调制波形的带宽的倒数的四分之一。
以上为确定a_n和b_n的相对幅度而建议的程序通过用于选择相关相位的许多可能的不同程序来补充。在一个实施例中，从为上行空间特征提供主要能量的阵列流形的分量中选择第一信号和延迟副本的相位。阵列流形可以被视为来自信号到达部分的单一方向的可能空间特征的集合。
特定实例可用来说明上述原理。在一个实例中，天线阵列由四个独立接线天线组成，如图1所示。这些天线都在线性阵列中共同对准，以便支持三扇区站点的单个扇区。来自用户终端的信号由这些天线接收，以及计算四个天线处的用户终端信号的相对幅度和相位(即空间特征)。
对于GSM系统，可通过相干地把各天线上的信号下变频为基带或准基带、利用例如外差型接收机、然后同时把下变频信号数字化，从而计算空间特征。在GSM系统中，用户终端所发送的信号的某个部分是已知的。各抽样信号可以与这个已知信号进行比较或相关，以便确定换算该已知信号所依据的相位和幅度。所产生的四个换算因子(各天线一个)可被用作阵列上的信号的空间特征。各因子具有相位分量和幅度或大小分量。
在此实施例中，空间特征可与空间特征表中的条目进行比较，而不管它是如何确定的。在此表中，各条目对应于将从单向信号观察到的空间特征，而且对于若干不同方向中的每一个有一个条目。例如，可通过计算具有表的条目f＝f(f₁，f₂，f₃，f₄)的四个天线系统e＝(e₁，e₂，e₃，e₄)的所观察空间特征的归一化内积I归一化来进行比较。
I_归一化(e，f)＝|(e₁*f₁+e₂*f₂+e₃*f₃+e₄*f₄)|/
       ((e₁*e₁+e₂*e₂+e₃*e₃+e₄*e₄)^1/2(f₁*f₁+f₂*f₂+f₃*f₃+f₄*f₄))
其中|e_n|表示e_n的绝对值，以及e_n^*表示e_n的复共轭。如上所述，各空间特征项e_n和f_n均具有幅度分量和相位分量。为了数学上的方便，它们可以被视为复数，其中幅度为实部，而相位为虚部。
如果对应于空间特征e的最大的这种内积I_max超过某个门限D，则基站向用户终端发送的信号将由单个延迟分量构成，即，仅有一个信号而没有回波，而且根据接收信号的空间特征来计算应用于天线的权值。例如，已经发现，D＝0.8为GSM蜂窝电话系统中的合理门限，权值可对应于空间特征的复共轭，对各天线的发射链路中任何相位或幅度失真进行了预补偿。为了消除任何回波，加权系数a_n、b_n、c_n等除一个以外均被设置为零。为了减少传输中的延迟，通常发送第一无延迟信号，因此a_n将被设置为一，而其它系数设置为零。
如果对应于空间特征e的最大的这种内积I_max低于门限D，则逐渐添加延迟分集。加权系数a_n在此例中设置成具有与用户终端空间特征的最大归一化点积的表条目的空间特征。系数b_n设置成与具有大于其它某个门限D2的归一化空间特征的表条目成比例；例如D2＝0.7是合理的。如果存在一个以上这种条目，则可从候选集中随机选择。与此条目的相关值可由I_延迟表示，其空间特征可由a_延迟表示。
在没有其它权值c_n、d_n、...的二信号系统中，可选择两个加权系数之间的比例因子|b|/|a|，使得|b|/|a|是合理的。也就是说，在严重散射环境中，比率|b|/|a|应该接近一，而在仅或多或少的散射环境中，它应该接近零。选择比例|b|/|a|的一种方法是选择|a|＝1，以及按照如下方式确定|b|：
|b|＝|a|(I_延迟-I_归一化(a_max，a_延迟))/(I_max-I_归一化(a_max，a_延迟))
也就是说，I_延迟超过a_max和a_延迟之间的归一化点积的量被归一化到I_max等于I_延迟的情况。该公式产生理想结果：若I_延迟＝I_归一化(a_max，a_延迟)，则b被选择为零，而若I_延迟＝I_max，则b被选择为在幅度上等于a。已经确定适当的加权系数之后，控制从各天线发送的实际信号所需的任何校正被应用于权值a和b，并发送延迟分集信号。
在以上描述中，为便于说明，提供了大量具体细节，以便透彻地理解本发明。然而，本领域的技术人员十分清楚，没有这些具体细节中的一部分，也可以实现本发明。在其它情况下，众所周知的结构和装置以框图形式表示。
本发明包括各种步骤。本发明的步骤可由如图1和图2所示的硬件组件来执行，或者可按照机器可执行指令来实现，这些指令可用来使采用这些指令编程的通用或专用处理器或逻辑电路、如DSP执行这些步骤。或者，这些步骤也可通过硬件和软件的结合来执行。
本发明可作为计算机程序产品来提供，它可包括其中已存储指令的机器可读媒体，这些指令可用于对计算机(或其它电子装置)编程以执行根据本发明的过程。机器可读媒体可包括但不限于软盘、光盘、CD-ROM以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、闪存、或者适合存储电子指令的其它类型的媒体或机器可读媒体。此外，本发明还可作为计算机产品下载，其中程序可通过以载波或其它传播媒体具体化的数据信号经由通信链路(例如调制解调器或网络连接)从远程计算机传递到请求计算机。
重要的是，虽然在用于移动远程终端的无线蜂窝数据系统的上下文中描述了本发明，但它可应用于在其中交换数据的范围广泛的不同无线系统。这类系统包括语音、视频、音乐、广播以及带有或没有外部连接的其它类型的数据系统。描述为由基站执行的任何动作可由远程终端执行。另外也不一定存在基站和远程终端，还可支持对等、主-从以及客户机-服务器通信。本发明可应用于固定的用户终端以及低和高移动性终端。本文以基本形式对许多方法进行了描述，但可以对任何方法添加或删除步骤，或者对任何所述消息添加或减少信息，只要不背离本发明的基本范围。本领域的技术人员十分清楚，可进行许多其它修改和变更。特定实施例不是用于限定本发明，而是用于对其进行说明。本发明的范围不是由以上提供的具体实例来确定的，而是仅由以下权利要求书来确定。